[发明专利]在脉冲反应器中制备用于闪光的发光物质的方法

说明书

本发明涉及在脉冲反应器中经由多步热法制备具有平均粒度为50纳 米至20微米的粒子的石榴石无机发光材料或其前体的方法，并涉及包含本 发明石榴石无机发光材料的照明装置。

术语“石榴石无机发光材料”用于表示具有立方石榴石结构的三元结 晶组合物，例如Y₃Al₅O₁₂(YAG)，其可以例如被铈掺杂。

在pcLED(无机发光材料转换LED)中，使用YAG:Ce³⁺作为下转换 无机发光材料，以通过光致发光将来自InGaN芯片的一部分蓝色场致发光 (波长450-470纳米)转换成黄光(最大值在大约540纳米-580纳米范围 内的宽的荧光谱带)。黄光和残留透射蓝光合成为该pcLED发出的白光。 这种波长转换无机发光材料由包含结晶立方YAG(Y₃Al₅O₁₂)的主晶格构 成，其中钇的晶格位置已被铈取代。Ce³⁺掺杂程度通常为钇的0.05原子％ 至5.0原子％(通常：(Y_0.98Ce_0.02)₃Al₅O₁₂)。

掺杂程度对YAG:Ce³⁺无机发光材料中荧光谱带的强度(参见P.J.Yia， Thin Solid Films，2005，483，第122-129页)和位置具有显著影响(根据 T.Jüstel，presentation at the Global Phosphor Summit，2006：较高的Ce³⁺浓度造成发光的红移，并增加了该无机发光材料发光的热猝灭)。

在YAG:Ce无机发光材料中，在主晶格(YAG)和活性剂Ce³⁺之间存 在强的相互作用，这体现在宽的光致发光谱带中。

Ce³⁺具有电子构造[Xe]4f¹。与无机发光材料相关的VIS中的光学跃迁 在4f¹能级和较高的5d¹能级之间发生。d能级的位置明显受到立方YAG 晶格的晶体场的影响：首先，发生电子云重排效应，即Ce³⁺的d轨道的能 量与自由铈离子相比降低。此外，晶体场造成铈的d轨道的分裂。结果， 铈的4f电子(²F_5/2)通过吸收蓝光被推进到5d轨道中(²D)。电子从该 轨道落回4f(²F_7/2或²F_5/2)。在此过程中，斯托克斯位移决定了并非所有 能量都作为光释放，而是一部分经由振动形式的损耗过程作为热排出。因 此发出的辐射在可见光谱的绿黄色至黄浅橙色部分中。

Ce³⁺的d能级的位置和分裂会由于合适的外来离子并入YAG晶格而 受影响。因此YAG中钇被三价钆和/或铽的(部分)取代使得发射谱带与 纯YAG:Ce相比移向红色。这种情况的发生是由于比三价钇小的这些离子 压缩晶格，从而减小了铈离子和氧阴离子之间的平均间隔(离子半径：Y³⁺： 106纳米，Gd³⁺：97纳米，Tb³⁺：93纳米，Ce³⁺：107纳米，Ce⁴⁺：94纳 米)。因此，较大的晶体场强度主导着铈离子，且5d轨道在较大程度上分 裂。最终，由此降低了5d和4f轨道之间的能量差距，且发射移向红色。

相反，铝(3+)被镓(3+)、或钇(3+)被镧(3+)的(部分)取 代造成发射谱带的蓝移(离子半径：Ga³⁺：62纳米，Al³⁺：57纳米，Y³⁺： 106纳米，Lu³⁺：122纳米)。这种情况的发生是由于掺入了较大的离子， 从而造成平均铈-氧间隔的增加，和因此造成较小的晶体场强度主导着铈。 因此，铈的5d轨道在较小程度上分裂，且4f和5d能级之间的能量差距变 大，这又与该发射的蓝移相关联。

无机发光材料的一定化学计量效率基本取决于下列因素：